固液相区等温保温对原位Mg2Si/Al-Si复合材料初生相的影响
发布时间:2014-12-29 06:23
作者:互联网
来源:
68
被誉为现代
制造业绿色
基础材料之一的过共晶Al-Si
合金,不仅材料来源广泛,提炼和加工污染较小,容易回收,而且因其具有优异的低膨胀性能,良好的耐磨性、耐蚀性、
流动性、
导热性及
密度小等优点,而被广泛应用于新型
汽车和航空航天等领域。相关研究表明,在过共晶Al-Si合
金熔体中添加适量Mg,能明显
改善Al-Si合金性能,Mg和Si在高温下原位反应能生成密度仅为1.99kg/m3,弹性模量高(120GPa),
热膨胀系数低的Mg2Si相。Mg2Si相作为
金属基复合材料增强相弥散分布在Al基体中,不仅使复合材料具有高
强度、高
硬度等特点,而且有
热力学稳定和
界面结合好等优点。因此,原位生成Mg2Si颗粒增强绿色系Al基复合材料日益受到重视。但该合金中Mg含量较高,由于制备
工艺不同,熔体中易生成组织形貌不规则且尺寸粗大的Mg2Si,这些呈粗大树枝晶或块状的Mg2Si组织尖角鲜明,易造成
应力集中,割裂基体组织,使得材料的常温和高温力学性能显著下降。为改善Mg2Si的形貌尺寸,从而提高合金性能,采用了
稀土、复合变质剂等对合金进行变质处理,取得了一定的成效。基于绿色发展原则,既节约资源又有利于合金的回收处理,本研究在不对合金进行变质处理及不添加其他元素的条件下,通过对Al-Mg-Si合金进行等温保温处理,探索等温保温处理改善Al-Mg-Si合金显微组织的可行性,为进一步研究对其
热处理和提高合金力学性能提供重要的理论基础。试验以工业纯
铝(含99.7wt%Al)、铝-
硅中间合金(含20wt%Si)、
镁为原料,在SG2-3-10型
坩埚电阻炉内
熔炼Al-11%Mg-17%Si合金,其化学成分为(质量分数,%):11.365Mg,16.939Si,0.005P,0.053S,0.034Cl,0.022K,0.024Ca,0.009Ti,0.049Cr,0.056Mn,0.128Fe,0.013Cu,余量为Al。经差热分析(DTA)测定所熔炼合金的液相线温度为621.8℃,三元共晶温度为571.1℃。首先将
石墨坩埚预热到500~600℃,同时将铝硅锭预热到200℃,加入到坩埚中,升温使其
熔化。熔化过程中加入覆盖剂(50%NaCl+50%KCl),待炉料全部熔化之后升温至720~750℃,然后加入11wt%Mg。为防止镁块
烧损,用铝箔包住镁块,以钟罩压入铝液深处,使其完全熔化并搅拌均匀,静置10min。除去表面
熔渣后,分2~3次加入0.3wt%~0.5wt%
C2Cl6进行除气精炼,后浇注于经预热到300℃的金属型模中,浇
注温度为695℃,开始凝固后再把其转移至箱式
电阻炉中进行固液相区等温保温处理,试验选取等温保温温度、保温时间两个因素,并分别选取3个
水平共3组9个试验,保温后水淬
冷却。铸模的尺寸为Φ30mm×80mm,壁厚为5mm。Al-Mg-Si合金575~615℃保温,在相同时间下,随着保温温度的升高,颗粒尺寸逐渐减小,圆形度逐渐提高;保温60s时,随着保温温度的升高,其初生Mg2Si演变特征为:粗大板块状或多边形不规则的枝晶→棱角鲜明、相对规则的晶体→棱角开始
钝化、圆形度更高的多边体晶体。合金材料在615℃条件下保温,随着时间的延长:一方面,在颗粒尺寸上,初生Mg2Si尺寸逐渐减小;另一方面,在形态上,初生Mg2Si圆形度明显变好。不同条件下固液相区等温保温处理Al-17.4%Mg2Si-10.6%Si复合材料的最适宜工艺为615℃条件下保温300s,其颗粒尺寸最小,圆整度最好,平均等径圆直径20.54μm,形状因子0.67。(榕霖)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。